Runkomateriaaleista

Kauheasti näkee ja kuulee kiistelyä pyörän runkomateriaaleista “Steel is Real” “Vitu amuliini/palpa” “Hiilarii sen olla pitää” ja harvoin kuulee kauheasti järkevää perustelua suuntaan tai toiseen. Niinpä päätin tiivistää M.F Ashbyn artikkelista Materials, Bicycles and Design pari mielestäni kiinnostavaa kohtaa.

Seuraavat kaksi kuvaa kertovat hieman pyörän runkomateriaalien tärkeistä mekaanisista ominaisuuksista kuten lujuudesta ja jäykkyydestä ja niiden suhteesta painoon. Kaikkihan haluavat kevyen pyörän mahdollisimman hyvillä ominaisuuksilla. En ota kantaa mikä lujuus tai jäykkyystaso on hyvä kenellekin. Se rippuu polkijan painosta, polkemisvoimasta ja pyörän geometriasta. Myös eri käyttötarkoituksissa arvostetaan enemmän toista ominaisuutta. Ratapyöräilijä haluaa mahdollisimman jäykän rungon, joka välittää parhaiten voiman alustaan kun taas maastopyöräilijä haluaa mahdollisimman lujan pyörän, joka kestää jatkuvaa maastossa runttaamista. Mutta molempia kuskeja yhdistää usein yhteinen tekijä eli he haluavat, että pyörä on mahdollisimman kevyt.

Kuvasta A näkee miten eri materiaalit suhtautuvat toisiinsa, kun putken koko on rajoitettu (esim standardi 1 tuuma) ja putken seinämän paksuus on vapaa. Tämä tarkoittaa sitä, että kunhan putken koko on vakio, niin ei ole väliä onko se umpinainen vai ohutseinäinen. X-akselina on jäykkyyden suhde tiheyteen (eli painoon) ja y-akselina lujuuden suhde tiheyteen.

Polymeerit (muovit) ja lyhytkuituiset komposiitit ovat alhaalla vasemmalla ja ne ovat selvästikin heikoin valinta. Jatkuvakuituinen hiilikuitukomposiitti (CFRP) on kuvan oikeassa yläkulmassa ja sillä onkin parhaat arvot molempien ominaisuuksien puolesta. Teräs-, alumiini-, magnesium- ja titaaniseokset ovat melkeimpä päällekäin ominaisuuksissa. Tarkennettu alue sisältää yleisimmät matalaseosteiset teräkset 531 ja 753, alumiinit 7075, 2024 ja 6061 lämpökäsiteltyinä joko T4 tai T6 mukaisesti. Myös titaanin B265 ja magnesiumin AZ61 ovat mukana. Hieman yllättäen puut kuten kuusi ja bambu ovat melko vahvoilla. Vaikka hiilikuitukomposiitit ovat paremmassa asemassa muihin nähden, niiden etu kuitenkin pienenee, kun pitää ottaa huomioon putkien yhdistämiseen kuluvat palat (hiilikuitua ei voi hitsata kuten useimpia metalliseoksia). Se kuinka kestäviä käytössä ja iskuissa puu ja hiilikuitu ovat onkin sitten eri asia.

http://img84.imageshack.us/img84/9384/fixedrfreewallthickness.png
Kuva A. Materiaalivalintakartta lujuudelle ja jäykkyydelle kun tarkoituksena on saada mahdollisimman kevyt runko. Putken koko on rajoitettu, mutta seinämänpaksuus on vapaa.

Kuvan B materiaalivalintakartta esittää lujuuden ja jäykkyyden suhteen keveyteen, kun putken halkaisijan suhde säteeseen on rajoitettu, mutta itse putken sädettä ei ole rajoitettu. Suomeksi siis putki voi olla minkä kokoinen tahansa, mutta seinämänpaksuuden suhde säteeseen on sama. Kartan avulla voidaan vertailla vaikka 3 tuumaa paksua putkea jolla on tietty seinämänpaksuus verrattuna muihin materiaaleihin.

Kevyempien seosten ja komposiittien edut tulevat esiin, kun putken säteen rajoitus poistetaan ja muoto pääsee vaikuttamaan. Paksumpiputkiset rungot pääsevät kunnolla hyödyntämään materiaalien ominaisuuksia. Jos vertailukohteena pideteään perinteistä 531 teräsputkea huomataan, että muut metalliseokset ovat parempia lujuuden ja jäykkyyden suhteen. Tämän vuoksi nykyisten pyörien geometriat eivät ole enään välttämättä rajoittuneet tuohon legendaariseen yhden tuuman putkeen. Myös hiilikuitukomposiitit ja puu ovat erinomaisia materiaaleja, mutta niiden yhdistäminen rungoksi on hieman ongelmallista.

http://img196.imageshack.us/img196/9905/fixedshapeandrtbutradiu.png
Kuva B. Materiaalivalintakartta lujuudelle ja jäykkyydelle kun tarkoituksena on saada mahdollisimman kevyt runko. Putken koko ei ole rajoitettu, mutta muoto on vakio.

Summa summarum: Koko jutun pointtina onkin, että niin kauan kuin pysytään tietyssä putken koossa ja seinämän paksuus saa muuttua, ei ole hirveästi eroa metalliseosten välillä ja hiilikuitu tarjoaa vain pienen edun. Sen sijaan kun siirrytään paksumpiin putkiin, joissa on sama muoto (seinämänpaksuuden suhde säteeseen) teräs jää auttamatta jälkeen. Tämän vuoksi uudemmissa rungoissa käytetään yleensä jotakin muuta kuin terästä ja putken paksuus ei ole rajattu. Paras materiaali siis riippuu käyttötarkoituksesta, kuskista ja pyörän rungon muodoista.

1 Like

Kevyt, kestävä ja edullinen, valitse kaksi.

Onko esim. Columbus SLX nyt sitten kevyt ja kestävä? Vai kevyt ja edullinen?

Haluasin Beryllium rungon.

vasaraasialainen - 12:53, 3.9.2009 » Onko esim. Columbus SLX nyt sitten kevyt ja kestävä? Vai kevyt ja edullinen?
Tota yhtälöä ei välttämättä voi soveltaa kuin uusiin runkoihin.
NKOTB - 12:57, 3.9.2009 »
vasaraasialainen - 12:53, 3.9.2009 » Onko esim. Columbus SLX nyt sitten kevyt ja kestävä? Vai kevyt ja edullinen?
Tota yhtälöä ei välttämättä voi soveltaa kuin uusiin runkoihin.
Mikä yhtälö pätee vanhempiin teräksiin?
vasaraasialainen - 12:58, 3.9.2009 »
NKOTB - 12:57, 3.9.2009 »
vasaraasialainen - 12:53, 3.9.2009 » Onko esim. Columbus SLX nyt sitten kevyt ja kestävä? Vai kevyt ja edullinen?
Tota yhtälöä ei välttämättä voi soveltaa kuin uusiin runkoihin.
Mikä yhtälö pätee vanhempiin teräksiin?
Kevyt, kestävä ja priceless, valitse kaksi.
lm - 13:00, 3.9.2009 » Haluasin Beryllium rungon.
Haluaisin [arborium](http://www.yehudamoon.com/index.php?date=2009-07-28)-rungon
lm - 13:03, 3.9.2009 » Haluasin Beryllium rungon.
[i]"Berylliumia käytetään kevytmetalliseoksissa mikäli tarvitaan keveyttä, lujuutta ja jäykkyyttä."[/i]

EDIT

  • “…beryllium ja monet sen yhdisteet maistuvat makealle.”
NKOTB - 13:07, 3.9.2009 »
vasaraasialainen - 12:58, 3.9.2009 »
NKOTB - 12:57, 3.9.2009 »
vasaraasialainen - 12:53, 3.9.2009 » Onko esim. Columbus SLX nyt sitten kevyt ja kestävä? Vai kevyt ja edullinen?
Tota yhtälöä ei välttämättä voi soveltaa kuin uusiin runkoihin.
Mikä yhtälö pätee vanhempiin teräksiin?
Kevyt, kestävä ja priceless, valitse kaksi.
Kelpuutan mielelläni ominaisuudet kevyt ja kestävä!
ChainThug - 13:12, 3.9.2009 »
lm - 13:00, 3.9.2009 » Haluasin Beryllium rungon.
Haluaisin [arborium](http://www.yehudamoon.com/index.php?date=2009-07-28)-rungon
mulle kelpais [amalgaamikin](http://www.flickr.com/photos/75395133@N00/3057559032/).

Beryllium on todella hyvää kamaa, mut vähän kallista. Sitä käytettiin ennen esim formuloissa, kunnes tajuttiin et se on hiton myrkyllistä ja aiheuttaa syöpää. Nykyään sitä käytetään vaan avaruuteen menevissä laitteissa.

lähteekö joku kimppatilaukseen adamantium-rungoista?

Minä noista kaavioista mitään ymmärrä, mutta omat kokemukset maastosta puoltaa terästä mukavana, “elävänä” materiaalina verrattuna jäykkään alumiiniin. Aikaisempi jäykkä alumiiniraami hakkas meikäläisen selän loppuun jo jossain puolentoista tunnin paikkeilla. Teräksellä ei ole selkävaivoista tietoakaan. Teräksenä täällä ‘hitek’ DN6, eli perus 4130.

jussi - 15:51, 3.9.2009 » + [i]"...beryllium ja monet sen yhdisteet maistuvat makealle."[/i]
LICK MY BIKE!

Vitsit sitsit… puinen fillari. Joku päivä se lähtee piirrustuspöydältä täysii tuonne työpöydän suuntaan. Hyvässä lykyssä se vielä pysähtyykin sinne joksikin aikaa.

mää oon semivakavissani yrittäny saada yhtä tuttua puuseppää lähtemään kokeilemaan tätä, mutta pitää juottaa (pun intended) vähä rankemmin sitä vielä.

Hei, sitten niistä alumiineista: mulla on nurkissa pyörimässä Principian ratarunko, joka on tarran mukaan muistaakseni 7020-sarjan putkea. Osaako kukaan mitään siitä sanoa?

Hienolta se runko vaikuttaa, mutta myös kovin herkältä kolhuille, enkä ole sitä vielä kasannut. (Voi olla, että pelko sen kestävyydestä on turhaa. En osaa sanoa, kuinka paljon se eroaa esimerkiksi Cinellin Vigorellista, joilla ilmeisesti kuitenkin aika pelotta ajetaan.)

Punnitsin itseni Bareknucklen kanssa digitaaliraatovaa’alla ja sitten perään Principian kera. Erotus oli 700 grammaa. Clasun vaaka tuskin on maailman tarkin laite, mutta on niiden runkojen painoissa aikamoinen ero joka tapauksessa.

Kertokaas oraakkelit tosiaan vähän ajo-ominaisuuksien lisäksi materiaalien kestävyydestä ulkoisia uhkia vastaan. Mitä tapahtuu millekin materiaalille kun kaupungilla viereen parkkeerattu pyörä kaatuu päälle tai kun pannujen jälkeen pyörä kyntää vähän mukulakiveä ja osuu katukiveyksen reunaan? Ja miten rungon kolhut ja muut vauriot vaikuttavat rungon kestävyyteen ajossa?

Kai ne klommot sitä turnauskestävyyttä syö, kun katoaa “jännitys” ja silleen. Näin kuvittelisin.

vasaraasialainen - 6:50, 4.9.2009 » Punnitsin itseni Bareknucklen kanssa digitaaliraatovaa'alla ja sitten perään Principian kera. Erotus oli 700 grammaa. Clasun vaaka tuskin on maailman tarkin laite, mutta on niiden runkojen painoissa aikamoinen ero joka tapauksessa.
Tulee tosta mieleen että jos siinä sun palpa-rungossa on kuitu- tai amuliini-keula kiinni niin vähintään puolet ellei enemmänkin painoerosta selittyy luultavasti sillä. Barenucklen oma teräskeula on nimittäin aika jyhkeä kapistus vaikka pelkkä runko itsessään on kaiketi hyvinkin kevyt.